«¡Mi hijo tiene temperatura!», es la exclamación de cualquier madre cuando siente caliente la frente de su hijo, coloca un termómetro helado -o, a veces, calentado con el aliento- en su axila y registra su nivel para corroborarlo. Lo curioso es que, aunque las madres creen saberlo todo, esa declaración es imprecisa. Y es que en este y otros casos, muchos confunden los conceptos de calor y temperatura, indispensables para entender el funcionamiento y la naturaleza de los termómetros.
El que alguien tenga «temperatura» no es motivo de sorpresa, ni de acudir al médico o tomar medicamentos, sino todo lo contrario, ya que todos los cuerpos, sin excepción alguna, tienen temperatura; ésta puede ser alta o baja, pero al fin y al cabo la tienen.
Aunque calor y temperatura están relacionados, no son la misma cosa: el calor es un tipo de energía derivada del movimiento molecular —llamado energía cinética— de algún cuerpo o sustancia, mientras que la temperatura es una magnitud escalar1relacionada con la cantidad de calor en un cuerpo. La temperatura mide qué tan frío o qué tan caliente está un cuerpo —aunque hay científicos que afirman que no existe el frío, sino sólo la ausencia de calor—. El calor depende de la velocidad y la cantidad de las partículas, la temperatura no. Así, una menuda gimnasta rusa y un enorme basquetbolista negro pueden tener la misma temperatura corporal, pero el basquetbolista, por su tamaño, tiene en su cuerpo más energía térmica y, por lo tanto, más calor.
Una vez explicados los conceptos de calor y temperatura, podemos hablar de los instrumentos que se han inventado para medirlos.
Ándale, Juana, no te dilates…
El primer tipo de termómetros que existió funcionaba con base en el fenómeno físico de la dilatación, que es el aumento de dimensiones que experimentan los sólidos, líquidos y gases por el ascenso de su temperatura. Para fabricar estos termómetros se utilizan materiales con un alto coeficiente de dilatación, de modo que el «estiramiento» resulte muy evidente. Aunque no es ideal para fines científicos, el mercurio ha sido el líquido más utilizado en los termómetros, ya que pueden funcionar desde los -39 °C —que es su punto de fusión—, hasta los 357 °C —que es su punto de ebullición—, además de que es un metal líquido y sus mediciones son más o menos exactas.
Otro líquido que se utiliza comúnmente en los termómetros es el alcohol —normalmente etanol puro—, cuyos puntos de fusión y ebullición rondan los -112 °C y los 78 °C, respectivamente. Se emplea con frecuencia para medir la temperatura ambiente. Este tipo de termómetros los podemos encontrar dentro de las albercas o, claro, en esas artesanías costeñas hechas en una base de madera adornada con arena y conchitas, con un tubito con líquido azul pegado y un grabado: «Recuerdo de Acapulco». Ambos ejemplos consisten en un bulbo que contiene el líquido, seguido de un tubo capilar cerrado en su extremo y puesto al vacío; al subir la temperatura, el líquido se dilata y asciende por el tubo. A mayor temperatura, mayor es la altura de la columna de mercurio o alcohol, y ésta se mide con una escala graduada en la que hacemos la lectura.
Otro tipo de termómetro que funciona por dilatación es el de gas, cuya medición es más exacta, pero su elaboración es más difícil y su medición es susceptible a los cambios de la presión atmosférica. Los termómetros de cinta bimetálica —o termopar— también funcionan a partir del fenómeno de la dilatación: está compuesto por dos cintas soldadas de dos metales con coeficientes de dilatación totalmente diferentes. Cuando hay un cambio en la temperatura, la curvatura de la cinta varía y así se registran distintas temperaturas.
El termómetro más corriente
Otro tipo de termómetros, utilizados exclusivamente para fines científicos, es el basado en resistencias eléctricas, que funciona de la siguiente manera: se coloca dentro de él un delgado alambre de un metal semiconductor, conectado a una resistencia eléctrica; los metales son susceptibles a la corriente eléctrica y, con los cambios de temperatura, la resistencia eléctrica de cada metal se modifica. El material más utilizado para medir temperaturas altas es el platino, un metal con baja conductividad, gran capacidad térmica y un rango de medición entre -259 °C y 631 °C. Para temperaturas bajas se utilizan metales como el níquel, el manganeso y el cobalto. El registro de la temperatura en estos termómetros es lenta, pero muy precisa, así que comúnmente se utiliza para medir temperaturas fijas.
Favor de no tocar
Los pirómetros son otro tipo de termómetros, utilizados para medir temperaturas a las que muchos objetos se fundirían —como la temperatura de fusión del oro, que es de 1 064 °C, y la de la plata, de 961 °C— . La medición de estas altas temperaturas está basada en la radiación de calor que desprenden los objetos al calentarse. La gran ventaja de estos termómetros es que no necesitan tocar al objeto para detectar la temperatura, pues lo hacen por medio de un filamento de tungsteno controlado por un circuito eléctrico enfocado a través de una lente o un espejo cóncavo al objeto. Los colores con los que brilla, proyectados en una pantalla digital, corresponden a temperaturas determinadas, y van, desde el rojo llegando casi al blanco, cuando el metal alcanza los 1 300 °C.
Pero todos los termómetros mencionados resultan ineficaces a la hora de calcular temperaturas extremadamente frías. Para esto están los termómetros magnéticos, cuyo funcionamiento se basa en las variaciones de la susceptibilidad magnética con la temperatura. Y por último, los termómetros digitales, que funcionan con base en un circuito electrónico que toma la temperatura, la procesa en un microchip y la muestra en una pantalla digital.
Los termómetros del futuro
Los pirómetros fueron, durante mucho tiempo, la punta de lanza en cuanto a tecnología de termómetros se refiere. Pero su desarrollo se limitó a reducir su costo y tamaño, e incrementar su precisión. Sin embargo, en los primeros años del siglo XX se inventaron termómetros que combinaron tecnología infrarroja y de termopar, muy útiles para medir materiales brillantes, cuya capacidad de reflexión dificulta la medición de temperatura por vía infrarroja. En estos casos se determina la temperatura de contacto con el termopar, y la superficial con el sensor infrarrojo; así es posible ajustar la emisividad del material para la medición del termómetro —emisividad es la capacidad que tiene un material para absorber y emitir energía— y así obtener una medición precisa de la temperatura vía infrarroja.
